Паровой котёл — Википедия

Разбираемся в интересной разновидности котлов для отопления парового типа. Как они работают? Какой принцип устройства и многое другое

Содержание

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

  1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПК низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает либо непосредственно в сеть, либо через теплообменные аппараты подготавливает воду для центрального отопления и ГВС.
  2. Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
  3. Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
  4. Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
  5. Железнодорожный транспорт, ПК установлены на тепловозах.

n1.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уфимский государственный авиационный технический университет

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО

ОБЩЕЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Вариант №10

Тема: «Котельные установки, паровой котел и его основные элементы»

Выполнил: студент гр. ЭСиС-307а

Проверил: Валеев А.Р.

УФА 2008 г.

Историческая справка

Пром. при­ме­не­ние П. к. на­ча­лось на ру­бе­же 17–18 вв. в свя­зи с бур­ным раз­ви­ти­ем гор­но­за­вод­ской и уг­ле­до­бы­ваю­щей пром-сти, вне­дре­нием в про­из-во пря­диль­ных, ткац­ких ма­шин и др. Од­ним из пер­вых счи­та­ют П. к. Д. Па­пе­на, пред­ло­жен­ный им в 1680. Про­стей­ший П. к., про­из­во­дя­щий на­сы­щен­ный пар низ­ко­го дав­ле­ния, – ци­лин­д­ри­че­ский го­ри­зон­таль­ный ко­тёл (ба­ра­бан), имею­щий топ­ку с ре­шёт­кой, на ко­то­рой сжи­гал­ся сор­ти­ро­ван­ный кус­ко­вой уголь, а воз­дух для го­ре­ния по­сту­пал сни­зу че­рез ре­шёт­ку. Но­вым ви­дом П. к. ста­ли во­до­труб­ные кот­лы, в ко­то­рых те­п­ло­вос­при­ни­маю­щая по­верх­ность вы­пол­не­на в ви­де боль­шого ко­ли­че­ст­ва труб ма­ло­го диа­мет­ра (60–80 мм), на­хо­дя­щих­ся не­по­сред­ст­вен­но в по­то­ке го­ря­чих га­зов (эк­ран­ные тру­бы). В ре­зуль­та­те зна­чи­тель­но воз­рос­ли па­ро­про­из­во­ди­тель­ность кот­ла и дав­ле­ние на­сы­щен­но­го па­ра, боль­шая до­ля те­п­ла га­зов ис­поль­зо­ва­лась по­лез­но на на­грев и ис­па­ре­ние во­ды. Даль­ней­шим раз­ви­ти­ем ти­пов П. к. ста­ло соз­да­ние пря­мо­точ­ных кот­лов. Та­кой П. к. не име­ет ба­ра­ба­на, в нём во­да, па­ро­во­дя­ная смесь и пар (на­зы­вае­мые вме­сте ра­бо­чей сре­дой) по­сле­до­ва­тель­но про­хо­дят все по­верх­но­сти на­гре­ва кот­ла. В от­ли­чие от П. к. ба­ра­бан­но­го ти­па, пря­мо­точ­ные кот­лы мо­гут ра­бо­тать и при сверх­кри­тич. дав­ле­нии ра­бо­чей сре­ды, при ко­то­ром нет про­цес­са ис­па­ре­ния и ис­клю­ча­ют­ся яв­ле­ния се­па­ра­ции па­ра от во­ды, т. е. нет не­об­хо­ди­мо­сти в ба­ра­ба­не-се­па­ра­то­ре. В це­лях не­пре­рыв­но­го от­во­да те­п­ла и обес­пе­че­ния нор­маль­но­го тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма по­верх­но­стей на­гре­ва ра­бо­чая сре­да внут­ри труб дви­жет­ся не­пре­рыв­но.

Что такое паровой котёл?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

  1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
  2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
  3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Топки для сжигания газообразных, жидких и твердых топлив

При сжигании газа, мазута и твердого пылеугольного топлива используются, как правило, камерные топки. Топка ограничена фронтальной, задней, боковыми стенами, а также подом и сводом. Вдоль стен топки расположены испарительные поверхности нагрева (кипятильные трубы) диаметром 50-80 мм, воспринимающие излучаемую теплоту от факела и продуктов сгорания. Для сжигании газообразного или жидкого топлива под камерной топки обычно не экранируют, для угольной пыли в нижней части топочной камеры выполняют «холодную» воронку для удаления золы, выпадающей из горящего факела.

паровой котел

Верхние концы труб ввальцованы в барабан, а нижние присоединены к коллекторам путем вальцовки или сварки. У ряда котлов кипятильные трубы заднего экрана перед присоединением их к барабану разводят в верхней части топки в несколько рядов, расположенных в шахматном порядке и образующих фестон.

Для обслуживания топки и газоходов в котельном агрегате используется следующая гарнитура: лазы, закрываемые дверцы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы, поворотные заслонки, обдувочные аппараты, дробеочистка.

Закрываемые дверцы, лазы в обмуровке предназначены для осмотра и производства ремонтных работ при остановке котла. Для наблюдения за процессом горения топлива в топке и состоянием конвективных газоходов служат гляделки. Взрывные предохранительные клапаны используются для защиты обмуровки от разрушения при хлопках в топке и газоходах котла и устанавливаются в верхних частях топки, последнего газохода агрегата, экономайзера и в своде.

Для регулирования тяги и перекрытия борова служат чугунные дымовые шиберы или поворотные заслонки.

При работе на газообразном топливе, чтобы предотвратить скопление горючих газов в топках, дымоходах и боровах котельной установки во время перерыва в работе, в них всегда должна поддерживаться небольшая тяга; для этого в каждом отдельном борове котла к сборному борову должен быть свой шибер с отверстием в верхней части диаметром не менее 50 мм.

Обдувочные аппараты и дробеочистка предназначены для очистки поверхностей нагрева от золы и сажи.

Паровой котел, для чего он нужен?

Паровые котлы, в зависимости от назначения применяются в определенных областях, где использование пара необходимо для соблюдения технологического цикла производства или в некоторых проектах отопительных систем.

к меню ↑

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

Схематичное исполнение котла по выработке пара

Принцип работы:

  1. Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
  2. Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
  3. Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
  4. В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
  5. Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
  6. Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Теория котла[1]

Рабочая характеристика котла (БСЭ)

Рабочая характеристика котла (БСЭ)

Основными технико-экономическими показателями работы котла являются:

  • его КПД (отношение теплоты, унесённой с паром, к теплоте, развитой при сжигании топлива),
  • удельная паропроизводительность в кг/час с 1 м² поверхности теплообмена,
  • удельные капитальные затраты на паропроизводительность 1 т/час.

Наиболее наглядно работа котла может быть проанализирована по его рабочей характеристике, которая показывает теплообмен в котле на разных участках его рабочей поверхности. Характеристика показывает, что чем ближе к топке находится квадратный метр поверхности теплоообмена, тем бо́льший тепловой поток проходит сквозь неё (поскольку разница температур между газами и водой в котле больше). На участках в конце дымохода, с небольшой разностью температур газов и воды, для получения того же количества теплоты необходимы бо́льшие поверхности теплообмена, таким образом, не всегда котёл с наибольшим КПД является экономически наиболее целесообразным: порой желание добрать последние несколько процентов теплоты газов обходится слишком дорого. Поэтому в конце дымоходов устраивают экономайзеры для подогрева питательной воды и воздухоподогреватели, но не дорогостоящие испарительные поверхности.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

Классификация паровых котлов

По прин­ци­пу ор­га­ни­за­ции дви­же­ния ра­бо­чей сре­ды раз­ли­ча­ют П. к. ба­ра­бан­ные, с ес­те­ст­вен­ной или мно­го­крат­но-при­ну­дит. цир­ку­ля­ци­ей, и пря­мо­точ­ные, с при­ну­дит. дви­же­ни­ем по все­му трак­ту (табл.). По па­ра­мет­рам те­п­ло­но­си­те­ля («вы­ход­но­му про­дук­ту») раз­де­ля­ют па­ро­вые (пред­на­зна­че­ны для про­из-ва па­ра) и во­до­грей­ные (для на­гре­ва во­ды под дав­ле­ни­ем в осн. для те­п­ло­снаб­же­ния гор. и рай­он­ных ко­тель­ных и ТЭЦ) кот­лы. По на­зна­че­нию – энер­ге­ти­че­ские (вы­ра­ба­ты­ва­ют пе­ре­гре­тый пар, ис­поль­зуе­мый в па­ро­вых тур­би­нах для вы­ра­бот­ки элек­трич. энер­гии); про­мыш­лен­ные (вы­ра­ба­ты­ва­ют на­сы­щен­ный пар для тех­но­ло­гич. нужд; напр., в хи­мич., де­ре­во­об­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти, в с. х-ве); ото­пи­тель­ные (про­из­во­дят пар или го­ря­чую во­ду), кот­лы-ути­ли­за­то­ры. По дав­ле­нию па­ра – док­ри­тич., кри­тич., сверх­кри­ти­че­ские. По ти­пу при­ме­няе­мо­го топ­ли­ва – га­зо­вые, жид­ко­то­п­лив­ные (ди­зель­ные), двух­то­п­лив­ные (га­зо­ма­зут­ные), на твёр­дом то­п­ли­ве (для пром. кот­лов, в осн. уголь). По спо­со­бу сжи­га­ния то­п­ли­ва – слое­вое, фа­кель­ное, в ки­пя­щем слое. По фа­зо­во­му со­стоя­нию вы­хо­дяще­го из топ­ки шла­ка – с твёр­дым и жид­ким шла­ко­уда­ле­ни­ем. По ви­ду га­зо­воз­душ­но­го трак­та – с ес­теств. тя­гой, с над­ду­вом.

Классификация паровых стационарных котлов
Тип котла Давление пара, МПа Температура перегретого пара, °С Температура вторичного перегрева пара, °С Номинальная
паропроизводительность,
т/ч
Барабанный котёл с естественной циркуляцией: промышленного назначения; до 4 до 440   ДО 160
для электростанций 9,8-13,8 540-560   160-500
Барабанный котёл с промежуточным перегревом пара 13,8 545 545 670
Прямоточные котлы на сверхкритическое давление пара 25 и выше 545-650 545-580 950-3950

 

Схема парового котлоагрегата

Схема движения теплоносителя

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

  1. Система топливоподачи газового парового котла, No1.
  2. Устройство для горения – топка, No2.
  3. Циркуляционные трубы,No3.
  4. Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
  5. Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
  6. Перегородки, No8.
  7. Газоход, No9.
  8. Дымовая труба, No10.
  9. Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
  10. Слив продувочной воды, No12.
  11. Подпитка котла водой, No13.
  12. Паровой коллектор, No14.
  13. Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
  14. Водоуказательные стекла, No17.
  15. Зона насыщенного пара, No18.
  16. Зона пароводяной смеси, No19.

Виды паровых котлов

Первый параметр, по которому классифицируются паровые котлы – вид используемого топлива, в зависимости от чего выделяют следующие виды котлов:

  • Газовые;
  • Угольные;
  • Мазутные;
  • Электрические.

В зависимости от их предназначения выделяют следующие виды паровых котлов:

  • Бытовые;
  • Промышленные;
  • Энергетические;
  • Утилизационные.

назначение и устройство котла

Последний параметр – конструкция, позволяющая выделить два вида котлов:

  • Газотрубные;
  • Водотрубные.

Конструкция парового котла довольно важна, поэтому стоит разобраться, в чем заключаются отличия этих видов устройств.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

  • газообразное топливо;
  • паровые котлы на твердом топливе;
  • жидкотопливные: мазут, солярка;
  • электрическая энергия.

По назначению:

  1. Котел утилизатор — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
  2. Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
  3. Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
  4. Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

  1. Камерные – используют пылевидное топливо.
  2. Слоевые твердотопливные – сжигающие твердое топливо.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характерна тем, что основной теплоноситель – питательная вода проходит по экранам, а топочные газы по межтрубному пространству. Достигая точки кипения, вода переходит в пар.

Эффективность парообразования зависят от схемы устройства экранных труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитывают, перед тем как рассчитать мощность. Самые применяемые схемы ВК — барабанные и прямоточные. Конструкция парового котла первого типа выполняется горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла — топка ограниченная трубными экранами , пакеты которых внизу соединены коллекторами, а верх закреплен в верхнем барабане. Второй пучок котловых труб соединяет оба барабана ВК в один контур, работающий в зоне более низких температур.

Тепло от сгорания топлива через трубную систему передается конвекцией и радиацией воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит сепарация пара от влаги.

Освобожденная вода в нижний барабан и топочные коллекторы. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Самые популярны на российском рынке котлы с естественной циркуляцией.

Производство паровых котлов выполняют на Бийском котельном заводе: ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10; 20.

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы – это ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы в одной или нескольких трубах. Эти паровые котлы малой мощности остались в эксплуатации от довоенного периода 19 века.

Процесс получения пара:

  1. Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
  2. Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
  3. В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
  4. В дымогарных трубах, топливо непосредственно не сжигают, а вода нагревается за счет нагретых дымовых газов.

Для этих котлов с давлением пара ниже 0.7 Мпа не распространяется правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Котловая вода, движется по межтрубному пространству и нагреваясь превращается в пар, процесс завершается в верхней части котла и с помощью перепускного клапана пар переходит в магистраль.

Дизельные котлы имеют ограничение по температуре уходящих газов на выходе до 150 С. Это требование вызвано необходимостью технологического обеспечения тяги в дымовых трубах. Этот факт снижает мощность котлов — порядка 400 кВт, с давлением пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными пакетами или секциями широко распространены в сетях отопления и ГВС. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества из-за возможности быстрой сборки или демонтажа, а также простого увеличения мощность котла путем добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов при удачной конструкции, имеет существенный недостаток, в случае поломки одного пакета, придется демонтировать все секции агрегата.

Для владельцев котлов не требуется разрешительных документов, поскольку на них не распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективные, и быстро разогреваются, поскольку топочная камера образуются непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо противостоят коррозионным процессам в агрессивной среде дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не способны работать при высоких параметрах пара, максимальные показатели по давлению менее 100 кПа, по мощности не более 200 кВт, паропроизводительность – до 4,3 т/час, расход твердого топлива – 300 кг/ час.

Прямоточные

Прямоточные паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и сконструированы так, чтобы вода в экранных трубах принудительно выполнила только один цикл и при этом полностью перешла в парообразное состояние, поэтому в этих типах парогенераторах кратность циркуляции равняется 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматики процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обходиться без питательного насоса, поэтому намного взрывоопаснее циркуляционных котлов, при том, что их тепловая эффективность и производства пара невысоки.

Прямоточная установка

В прямоточном агрегате движение воды происходит благодаря гравитационной конвекции, поскольку вода тяжелее пара. В последнее время, для устройств, наработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки выполняют перевод паровых котлов в водогрейный режим.

Особенности работы одновиткового ПК:

  1. Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
  2. В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
  3. В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
  4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а геометрия их зависит от проектной нагрузки агрегата. С уменьшением температуры уходящих газов и увеличения скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, а длина соответственно растет и наоборот.
  5. Паропроизводительность ограничена ростом гидравлических сопротивлений и не может быть более 10 т/ч. Для более мощных котлов, требуется многовитковые конструкции агрегата.

Паровые БМК

Блочно-модульная котельная (БМК) изготовленная в виде компактного модуля с полным набором вспомогательного оборудования.

Она предназначена для отопления и ГВС, а также выработки пара на технологические нужды предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного персона, а в случае аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа агрегата полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где происходит корректировка работы БМК.

Блок может оперативно подключаться к действующей системе отопления в качестве независимого аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту монтажа БМК выполняется в полной заводской готовности и с дымовой трубой, на месте ее только подключают к действующим инженерным сетям. Такая заводская сборка сводит к минимуму монтажно-наладочные работы и повышает КПД установки до 93%.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

  • газовые;
  • угольные;
  • мазутные;
  • электрические.

По предназначению:

  • бытовые;
  • промышленные;
  • энергетические;
  • утилизационные.

По конструктивным особенностям:

  • газотрубные;
  • водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

См. также

  • Конденсационная электростанция
  • Водогрейный котёл
  • Котёл отопительный
  • Котёл водотрубный
  • Котёл газотрубный
  • Взрыв котла

Конструкция паровых котлов

Осн. кон­ст­рук­тив­ные эле­мен­ты П. к.: то­поч­ная ка­ме­ра (топ­ка), где сжи­га­ет­ся то­п­ли­во и об­ра­зу­ют­ся ды­мо­вые га­зы (про­дук­ты сго­ра­ния), а так­же час­тич­ное их ох­ла­ж­де­ние за счёт на­гре­ва эк­ран­ных труб; га­зо­хо­ды с вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ны­ми га­за­ми; по­верх­но­сти на­гре­ва из труб (то­поч­ные на­стен­ные эк­ра­ны, па­ро­пе­регре­ва­тель­, во­дя­ной эко­но­май­зер, воз­ду­хо­по­дог­ре­ва­тель); об­му­ров­ка, от­де­ляю­щая по­то­ки вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных га­зов от ок­ру­жаю­щей сре­ды и сни­жаю­щая те­п­ло­вые по­те­ри от на­руж­но­го ох­ла­ж­де­ния; ме­тал­лич. кар­кас, вос­при­ни­маю­щий на­груз­ку от всех эле­мен­тов П. к. Вы­со­та П. к. дос­ти­га­ет 100 м.

Рис. 1. Схема котельной установки с барабанным паровым котлом: 1 – топочная камера с факельным горением; 2 – барабан-сепаратор; 3 – пароперегреватель; 4 – экономайзер; 5 &ndash…

П. к. вме­сте с со­во­куп­но­стью обо­ру­до­ва­ния, обес­пе­чи­ваю­ще­го его ра­бо­ту, на­зы­ва­ет­ся ко­тель­ной ус­та­нов­кой. В её со­став, кро­ме са­мо­го П. к., вхо­дят: обо­ру­до­ва­ние то­п­ли­во­при­го­тов­ле­ния; тя­го­дуть­е­вая ус­та­нов­ка; уст­рой­ст­ва уда­ле­ния шла­ка из П. к. и зо­ло­улав­ли­ва­ния в га­зо­вом трак­те; пи­тат. на­со­сы, ре­гу­ли­рую­щие уст­рой­ст­ва во­до­па­ро­во­го трак­та, сис­те­мы управ­ле­ния и за­щи­ты П. к.; изо­ля­ция кол­лек­то­ров, труб и др. эле­мен­тов ко­тель­ной ус­та­нов­ки (за пре­де­ла­ми стен кот­ла) с вы­со­кой темп-рой. Пи­тат. во­да про­хо­дит хи­мич. и тер­мич. очи­ст­ку в сис­те­ме во­до­под­го­тов­ки, где уда­ля­ет­ся осн. мас­са при­ме­сей. Ос­тав­шее­ся ко­ли­че­ст­во при­ме­си (10–6 г/дм3 во­ды) и про­дук­ты кор­ро­зии ме­тал­ла по­сту­па­ют в П. к., где об­ра­зу­ют твёр­дые от­ло­же­ния внут­ри эк­ран­ных труб, что мо­жет при­вес­ти к ава­рии П. к. (напр., к рез­ко­му рос­ту темп-ры стен­ки тру­бы вплоть до её раз­ры­ва). Часть при­ме­си уно­сит­ся па­ром даль­ше по трак­ту (напр., в па­ро­вую тур­би­ну).

В ба­ра­бан­ном П. к. (рис. 1) об­ра­зо­ва­ние на­сы­щен­но­го па­ра про­ис­хо­дит в кон­ту­ре ес­теств. или при­ну­дит. цир­ку­ля­ции (ба­ра­бан – опу­ск­ные тру­бы – обог­ре­вае­мые подъ­ём­ные тру­бы – ба­ра­бан). По­лу­чен­ный на­сы­щен­ный пар от­де­ля­ет­ся от во­ды в верх­нем ба­ра­ба­не-се­па­ра­то­ре и на­прав­ля­ет­ся в па­ро­пе­ре­гре­ва­тель, в ко­то­ром об­ра­зу­ет­ся пе­ре­гре­тый пар. Пи­тат. во­да в ба­ра­бан по­сту­па­ет из эко­но­май­зе­ра, по­дог­ре­тая до темп-ры, близ­кой к темп-ре ки­пе­ния. Воз­ду­хо­по­до­гре­ва­тель обес­пе­чи­ва­ет на­грев воз­ду­ха до 250–350 °C пе­ред по­сту­п­ле­ни­ем его в зо­ну го­ре­ния. В кон­ту­ре цир­ку­ля­ции за счёт не­пре­рыв­но­го ис­па­ре­ния во­ды про­ис­хо­дит по­вы­ше­ние кон­цен­тра­ции при­ме­сей, что спо­соб­ст­ву­ет об­ра­зо­ва­нию внут­ри­труб­ных от­ло­же­ний. Со­ле­вой ба­ланс кот­ла обес­пе­чи­ва­ет­ся пу­тём вы­во­да не­боль­шой час­ти кот­ло­вой во­ды с вы­со­кой кон­цен­тра­ци­ей при­ме­сей из ба­ра­ба­на (про­дув­ка кот­ла).

Рис. 2. Схема прямоточного парового котла на сверхкритическое давление: 1 – горелки; 2 – топочные экраны; 3 – топочная камера; 4, 5 – первичный и вторичный пароперегреватели; 6…

В пря­мо­точ­ном П. к. на­грев и ис­па­ре­ние во­ды осу­ще­ст­в­ля­ют­ся в то­поч­ных эк­ра­нах за один про­ход ра­бо­чей сре­ды по трак­ту. Дви­же­ние сре­ды в труб­ных па­не­лях обес­пе­чи­ва­ет­ся дав­ле­ни­ем пи­тат. на­со­са (с бо­лее вы­со­ки­ми ско­ро­стя­ми, чем при ес­теств. цир­ку­ля­ции). В свя­зи с этим на­стен­ные труб­ные па­не­ли рас­по­ла­га­ют разл. об­ра­зом (вер­ти­каль­но, го­ри­зон­таль­но, на­клон­но) с по­зи­ции удоб­ст­ва кон­ст­рук­тив­но­го вы­пол­не­ния, обес­пе­че­ния на­дёж­но­го тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма труб и умень­ше­ния гид­рав­лич. со­про­тив­ле­ния. При­ме­си, со­дер­жа­щие­ся в по­сту­паю­щей в П. к. во­де, не мо­гут быть вы­ве­де­ны про­дув­кой, по­это­му пи­тат. во­да та­ко­го П. к. про­хо­дит глу­бо­кое обес­со­ли­ва­ние.

Пер­вые отеч. пря­мо­точ­ные кот­лы со­зда­ны Л. К. Рам­зи­ным в 1933. С 1960-х гг. пря­мо­точ­ные П. к. для энер­го­бло­ков мощ­но­стью 300, 500, 800 МВт и боль­ше про­из­во­дят­ся на сверх­кри­тич. дав­ле­нии пара (25 МПа) и обес­пе­чи­вают зна­чит. часть вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии на ТЭС. Для по­вы­ше­ния эко­но­мич­но­сти па­ро­си­ло­вой ус­та­нов­ки в П. к. при­ме­ня­ют вто­рич­ный (про­ме­жу­точ­ный) пе­ре­грев па­ра. Под­дер­жа­ние за­дан­ной темп-ры па­ра ос­нов­но­го и вто­рич­но­го пе­ре­гре­ва обес­пе­чи­ва­ют ре­гу­ли­рую­щие уст­рой­ст­ва – по­верх­но­ст­ные и впры­ски­ваю­щие па­ро­ох­ла­ди­те­ли.

Сжи­га­ние то­п­ли­ва в то­поч­ной ка­ме­ре бы­ва­ет слое­вое (на спец. ко­лос­ни­ко­вой ре­шёт­ке), фа­кель­ное во взве­шен­ном со­стоя­нии в объ­ё­ме топ­ки или в ки­пя­щем слое. Слое­вое сжи­га­ние ис­поль­зу­ет­ся в ма­лых по про­из­во­ди­тель­но­сти кот­лах пром. и тех­но­ло­гич. при­ме­не­ния. Со 2-й пол. 20 в. раз­ра­бо­тан и при­ме­ня­ется спо­соб сжи­га­ния в ки­пя­щем слое для низ­ко­ка­че­ст­вен­ных твёр­дых то­п­лив (уголь, торф и др.) и от­хо­дов про­из-ва (опил­ки, ще­па и др.). В топ­ках с ки­пя­щим сло­ем умень­ша­ет­ся вы­брос ок­си­дов се­ры (в 8–10 раз) и ок­си­дов азо­та (в 2–3 раза). Кот­лы с цир­ку­ли­рую­щим ки­пя­щим сло­ем про­из­во­дят­ся в раз­ных стра­нах в ши­ро­ком диа­па­зо­не па­ро­про­из­во­ди­тель­но­сти – до 1000 т/ч. По­дав­ляю­щее чис­ло ра­бо­таю­щих П. к. ис­поль­зу­ют фа­кель­ное сжи­га­ние то­п­лив, при ко­то­ром то­п­ли­во и воз­дух для го­ре­ния вво­дят­ся в объ­ём то­поч­ной ка­ме­ры че­рез го­рел­ки. С его вво­дом уве­ли­чи­лась те­п­ло­вая мощ­ность П. к.; мощ­ные энер­го­бло­ки (500–1420 МВт) име­ют фа­кель­ное сжи­га­ние то­п­лив. На рис. 2 по­ка­зан пря­мо­точ­ный П. к. с фа­кель­ным сжи­га­ни­ем при­род­но­го га­за и ма­зу­та на сверх­кри­тич. дав­ле­ние, па­ро­про­из­во­ди­тель­но­стью 3950 т/ч для энер­го­бло­ка 1200 МВт. С кон. 20 в. раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся и стро­ят­ся П. к. на сверх­кри­тич. дав­ле­ние па­ра (28–35 МПа, темп-ра 600–650 °C).

Автоматизация процессов

Котлоагрегат представляет технически сложное устройство. Как многомерный объект он содержит в себе множество систем регулирования. Множество технологических параметров необходимо поддерживать для надежной и экономичной работы котла. Такими основными параметрами являются:

  • Система тепловой нагрузки котлоагрегата:
    • процесс горения в топке;
    • подачу воздуха в топку котла;
    • разрежение в топке;
  • Система регулирования температуры перегретого пара;
  • Система регулирования питания котлоагрегата.[2]

Система регулирования питания котлоагрегата

Регулирование питания паровых котлов осуществляется следующими образом. Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды барабане ±100 мм от среднего значения. Снижение уровня может привести к нарушениям питания и охлаждения водоподъемных труб. Повышения уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных устройств. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток.

Трёхимпульсная САР питания водой барабанного парогенератора

Трёхимпульсная САР питания водой барабанного парогенератора

Схемы регулирования. Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий. В переходных режимах изменение уровня может происходить довольно быстро, поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трёхимпульсный регулятор.

Регулятор перемещает клапан при появлении сигнала дисбаланса между расходами питательной воды Дпв и пара Дпп. Кроме того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая САР питания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

Регулирование водного режима котлоагрегата

Регулирование водного режима барабанного парового котла

Регулирование водного режима барабанного парового котла

Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной кампаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее солесодержание и избыток концентрации фосфатов. Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой пополняются питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане. Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия регулятора на регулирующий клапан на линии продувки. Помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ- регулятор 2 поступает сигнал по расходу продувочной воды Дпр и сигнал по расходу пара Дпп. Сигнал по расходу пара поступает на расходомер 3, электромеханический интегратор которого используется в качестве импульсатора, воздействующего через пусковое устройство 4 на включение и отключение плунжерного фосфатного насоса 6.[3]

Особенности

Особенностью прямоточного генератора парового газа является то, что он может работать как на пределе своей мощности, так и выше заявленного предела.

Конструкция такого парогенератора заставляет воду двигаться по трубам и проходить через топку, генерируя насыщенный пар.

Водотрубные котлы

Это самые современные из всех, применяющихся на производствах. Следовательно, они самые безопасные  и мощные. Они имеют более сложные конструкции, которые обладают рядом очень важных преимуществ. Они заключаются в маленьком времени разогрева, минимальной взрывоопасности, легкой перестройке на другие режимы работы, легкой транспортировке.

Чугунные секционированные агрегаты

Они получили широкое применение в системах отопления помещений. Их название происходит из-за схожести с чугунными радиаторами отопления в квартирах. Такая конструкция позволяет легко собирать котел и демонтировать его. Мощность такого устройства увеличивается добавлением новых чугунных секций. Достоинствами такого рода устройств стали:

  • высокий КПД;
  • простое наращивание мощности;
  • быстрый разогрев.

Блочно-транспортируемые котлы

Применяются еще со времен Второй мировой войны. Сейчас они выглядят как мобильные парогенерационные центры небольших размеров. В своем составе имеют не только сам агрегат, но и специальную технику для измерения основных параметров и поддержания рабочих условий. Главным их преимуществом остается мобильность, так как они зачастую находятся в кабине специализированного транспортного средства.

Важно! Такого рода котлы очень легко запускаются в работу, но только после подключения всех основных параметров: воды, топлива и прочего. Мощность таких устройств может достигать нескольких тысяч кВт и давления пара в 9 Мпа.

См. также

  • Водогрейный котёл
  • Котёл отопительный
  • Котёл водотрубный
  • Котёл газотрубный
  • Взрыв котла

Принцип работы парового котла (видео)

В данном видео вы узнаете как происходит процесс работы парового котла

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

  1. Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
  2. Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
  3. Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
  4. Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы относятся к объектам повышенной опасности, поэтому многими нормативными документами котлонадзора, проектом установки, технической документацией завода-изготовителя и правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов закреплены требования по безопасной эксплуатации таких сосудов, которые обязаны выполнять ответственные должностные лица и обслуживающий персонал.

Безопасная эксплуатация начинается с химической водоподготовки воды, которая имеет важное значение для технического обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70 оС, образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплопередачи от дымовых газов к питательной воде, она перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают в следствии чего, образуется разрыв стен, резкое падение давления во внутреннем контуре агрегата, мгновенное парообразование перегретой воды и взрыв котла.

Уровень очистки сырой воды зависит от источника водоснабжения и устанавливается специалистами в проекте водоподготовки котлоагрегата, где описаны не только режимы, но и схема подключения с необходимым оборудованием.

Управление котлов бывает ручным и автоматизированным. Современные ПК без автоматики и защиты безопасности к эксплуатации не допускаются. Ручное управление с защитой безопасности допускаются только в маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котла:

  1. Устройства розжига и отключения горения топлива.
  2. Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
  3. Сбор и анализ данных работы ПК.
  4. Система аварийной остановки котла.

Особенности ремонта

Котлы барабанного типа отличаются надёжностью работы и неприхотливостью в эксплуатации, однако требуют постоянного контроля для обеспечения стабильных режимов нагрева и давления пара, а также своевременной продувки. При несоблюдении одного из этих требований могут появляться поломки и возникает необходимость ремонта агрегата.

Перед проведением ремонтных работ необходимо в обязательном порядке изучить прилагаемую производителем документацию и схему барабанного котла. Это позволит определить последовательность всех действий и не допустить ошибок, которые могут стать причиной более серьёзных последствий.

Для ремонта барабана необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

  • до начала восстановления следует оценить состояние металла: толщину, прочность, герметичность;
  • обнаруженные дефекты необходимо расточить абразивным инструментом до чистого металла, чтобы была возможность заварить его или залатать;
  • поиск трещин при помощи прогрева горелкой поверхности строго запрещён, так как велик риск деформации узлов или потери свойств стали;
  • коррозию на глубину металла до 10% допускается не устранять, а только тампонировать цементным раствором;
  • для восстановления толщины стали применяют электронаплавку;
  • заварка раковин обязательна, при условии их размеров до 40 мм и расстоянии равном трём размерам самой большой из них (если глубина повреждений больше половины толщины стенок).

Литература

  • Энергетические установки электростанций / Э. П. Волков, В. А. Ведяев, В. И. Обрезков; Под ред. Э. П. Волкова.-М. : Энергоатомиздат, 1983. — 280 с.
  • Советский энциклопедический словарь. — М.: «Советская энциклопедия», 1990
  • ГОСТ 23172-78*. Котлы стационарные. Термины и определения.
modif.png

Эта страница в последний раз была отредактирована 1 февраля 2021 в 17:56.

Электрические котлы

Паровой котел такого типа характеризуется:

  • простотой эксплуатации;
  • экономичностью;
  • экологичностью;
  • бесшумной работой.

Кроме того, такое устройство котлов гораздо проще, чем аналогичное у устройств, использующих твердое или жидкое топливо. Электрические котлы не нужно постоянно очищать о золы или шлака, да и само топливо не требует специальной дополнительной заготовки. Таким образом, вы сэкономите деньги, которые были бы затрачены на доставку топлива к вам домой и которые были бы затрачены на оборудование хранилища для топлива.

По своей конструкции электрические котлы подразделяются на:

  1. Приборы прямого действия. В них вода используется в качестве проводника электрического тока, которая нагревается согласно закону Джоуля-Ленца.
  2. Приборы косвенного действия. В них в качестве нагревательных элементов используются, например, ТЭНы.

Однако, если говорить о цене паровых котлов любого типа, то она достаточно высокая. Именно этот факт вызывает желание некоторых потребителей (особенно в сельской местности), создать такой прибор собственными руками. Давайте рассмотрим, возможно ли это осуществить в принципе?

Водоподготовка.

Вопросы водоподготовки имеют важнейшее значение для эксплуатации современных котлов и парогенераторов. Дело в том, что минеральные соли, содержащиеся в воде, образуют накипь в водяных трубах. По мере ее накопления ухудшается теплопередача от топочных газов к воде в трубах, что может закончиться их прогаром. Таким образом, неправильная подготовка воды может привести не только к снижению КПД, но и к аварии. Характер и степень необходимой химической очистки воды зависят от качества источников воды для питания котла. Для снижения содержания минеральных солей в питательную воду, как правило, добавляют какое-либо химическое вещество, например натриевый цеолит. Из питательной воды необходимо также удалять растворенный в ней кислород, так как он вызывает ржавление труб котла. Важное значение имеет периодическая проверка и очистка труб. Все эти меры по защите котла на стороне воды существенно удорожают очищенную питательную воду по сравнению с обычной водопроводной. Нельзя забывать и о защите котла со стороны факела. Для снижения риска выгорания труб котла их в наиболее уязвимых местах покрывают современными плавленолитыми огнеупорами. Обязательно ведется непрерывный контроль за накоплениями золы на наружных стенках, и ее периодически удаляют. Такой контроль на крупных электростанциях ведется централизованно из диспетчерских с помощью замкнутых телевизионных систем.

Сепаратор пара.

Сепаратор пара удаляет жидкую фазу из влажного пара, проходящего по трубе, так что в паропотребляющий аппарат попадает только сухой пар. Влага может содержаться в потоке пара уже при его поступлении в трубу, но даже если подается сухой пар, он частично конденсируется в самой трубе, отдавая ей часть своего тепла. Жидкая фаза в потоке пара нежелательна потому, что она снижает эффективность теплоотдачи в паропотребляющем аппарате. Кроме того, резкое торможение или ускорение конденсата, накопившегося в какой-либо полости линии пара, может приводить к гидравлическому удару, способному вызвать повреждение клапанов и другого оборудования. Две типовые конструкции сепаратора пара схематически представлены на рис. 6.

Рис. 6. СЕПАРАТОРЫ ПАРА, устанавливаемые перед паропотребляющим аппаратом (слева – лабиринтный, справа – центробежный).

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...